¿Qué es el Grafeno?

El grafeno es una sustancia compuesta por carbono puro, con átomos organizados en un patrón regular hexagonal, parecido al grafito. Es un material casi transparente. Una lámina de un átomo de espesor es unas 200 veces más resistente que el acero actual más fuerte, siendo su densidad más o menos la misma que la de la fibra de carbono, y unas cinco veces más ligero que el aluminio. Es un alótropo del carbono, un teselado hexagonal plano formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se generan a partir de la superposición de los híbridos sp2 de los carbonos enlazados.

La primera gran revolución del siglo XXI en el universo de los nuevos materiales es el grafeno, una lámina de carbono de un solo átomo de grosor. Es tan resistente que un gato podría balancearse en una hamaca de grafeno que pesaría menos que uno de sus bigotes y, además, sería prácticamente invisible, como explicó la Academia de Ciencias sueca cuando premió con el Nobel de Física (2010) a Andrei Geim y Konstantin Novoselov por su descubrimiento, en 2003. Las ideas para futuras aplicaciones de tan extraordinario material surgieron de inmediato: desde nuevos chips más rápidos que los de silicio hasta pantallas táctiles y flexibles o componentes de todo tipo en satélites, aviones y automóviles. El científico español Francisco Guinea, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencias de Materiales de Madrid, está volcado en el estudio del grafeno, pero como físico teórico que explora y explica sus propiedades. Guinea, que ha recibido este año la Medalla de la Real Sociedad Española de Física, en colaboración con la Fundación BBVA, llega a la entrevista con la maleta en la mano precisamente desde Manchester, en cuya Universidad ha estado trabajando con sus colaboradores habituales Geim y Novoselov.

Entre las propiedades destacadas de este material se incluyen:

• Es extremadamente resistente: 200 veces más resistente que una hipotética lámina de acero del mismo espesor
• Es muy flexible y elástico.
• Es transparente.
• Auto enfriamiento (según algunos científicos de la Universidad de Illinois).
• Conductividad térmica y eléctrica altas.
• Hace reacción química con otras sustancias para producir compuestos de diferentes propiedades. Esto lo dota de gran potencial de desarrollo.
• Sirve de soporte de radiación ionizante.
• Tiene gran ligereza, como la fibra de carbono, pero más flexible.
• Menor efecto Joule: se calienta menos al conducir los electrones.
• Para una misma tarea que el silicio, tiene un menor consumo de electricidad.
• Genera electricidad al ser alcanzado por la luz.
• Razón superficie/volumen muy alta que le otorga un buen futuro en el mercado de los supercondensadores.
• Se puede dopar introduciendo impurezas para cambiar su comportamiento primigenio de manera que, por ejemplo, no repela el agua o que incluso cobre mayor conductividad.
• Se autorrepara; cuando una lámina de grafeno sufre daño y se quiebra su estructura, se genera un ‘agujero’ que ‘atrae’ átomos de carbono vecinos para así tapar los huecos.
• En su forma óxida absorbe residuos radiactivos.

Propiedades mecánicas.

El grafeno es de los materiales más duros y fuertes existentes, incluso supera la dureza del diamante y es doscientas veces más resistente que el acero. Es altamente rígido, de hecho, tiene un módulo de Young de 1 TPa. Por lo tanto soporta grandes fuerzas sin apenas deformarse. Se trata de un material ligero con una densidad de tan solo 0,77 miligramos por metro cuadrado (densidad indicada en unidades de superficie como causa de su estructura laminar). También cabe destacar que soporta grandes fuerzas de flexión, es decir, se puede doblar sin que se rompa. Para hacerse una idea de la capacidad de estas propiedades mecánicas, el premio Nobel hizo una comparación con una hamaca de grafeno de un metro cuadrado de superficie y un solo átomo de espesor. Esta hamaca de grafeno podría soportar hasta 4 kg antes de romperse (equivalente al peso de un gato). En total esta hamaca pesaría lo mismo que uno de los pelos del bigote del gato, menos de un miligramo.